CN102075075A - 用于低功率损失启动和输入电容放电的偏压和放电*** - Google Patents

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Abstract

一种电源包括AC输入、滤波器、全波整流器、转换器、第二整流器以及偏压***。滤波器包括耦合到AC输入的至少一个差分电容器。全波整流器在DC总线节点上形成DC总线电压。转换器包括控制器，并且用于将DC总线电压转换成经调节的输出电压。第二整流器被耦合到AC输入，以便在DC偏压节点上形成DC偏压。偏压***被耦合在DC偏压节点和参考节点之间，并且向控制器提供至少一个启动电压，比如供给电压或检测电压等。偏压电路包括至少一个电流放电路径，用于在AC线电压被除去后的预定时间段之内使每个差分电容器放电。

Description

用于低功率损失启动和输入电容放电的偏压和放电***
有关申请的交叉参照
本申请要求2009年10月30日提交的美国临时申请61/256,738的权益，该申请全部引用在此作为参考。
附图说明
结合下面的描述和附图，能更好地理解本发明的益处、特征和优点，其中：
图1是根据一个实施方式的电子设备的简化框图，该电子设备包括低功耗呃逆(hiccup)备用操作的电源；
图2是根据一个实施方式实现的图1的电源的简化的示意性框图；
图3是电压STDB_EN、VSTDB_IN和VSTDB对时间的图，示出了图2的电源从正常操作模式转变为备用模式并再转换回到正常操作模式的情况；
图4是图2的呃逆控制和隔离模块的一个实施方式的示意图；
图5是图2的呃逆控制和隔离模块的另一个实施方式的示意图；
图6是图2的变压器T1的次级部分和电源开关的简化但更详细的示意图；以及
图7是根据一个实施方式图2的输入模块以及偏压和放电***的简化但更详细的示意图。
具体实施方式
下面的描述能使本领域技术人员在特定应用及其要求的情况下实现并利用本发明。然而，对较佳实施方式所作的各种修改对于本领域技术人员而言是很明显的，并且本文所定义的一般原理可以应用于其它实施方式。因此，本发明并不旨在限于本文所示的特定实施方式，但应符合与本文所公开的原理和创新性特征一致的最宽范围。术语“模块”、“***”等旨在包括各种器件、部件、电路、软件、固件等，这些被配置成实现相应的模块或***等。
图1是根据一个实施方式的电子设备100的简化框图，该电子设备100包括低功耗呃逆(hiccup)备用操作的电源103。电子设备100包括电源103和主设备***105，电源103具有交流电(AC)插头101等。AC插头101被配置成***AC电源插座，用于接收AC线电压并且用于将AC线电压提供给电源103的输入。在正常操作模式中，电源103将AC线电压转换成DC输出电压VOUT，该DC输出电压VOUT被用于将源电压提供给主设备***105。如本文所述，电源103还为备用操作模式提供备用电压VSTDB。主设备***105是根据特定类型的电子设备进行配置的，并且包括配置成用于实现该电子设备的功能的任何器件、电路、部件、软件、固件、***等的组合。主设备***105具有多个操作模式，包括正常或全功率操作模式以及减小功率备用模式。在正常操作模式中，VOUT和VSTDB都被提供。在备用模式中，没有提供初级DC输出电压VOUT，而备用电压VSTDB仍然用于向主设备***105内的备用***供电。备用***包括用于接收VSTDB的模式控制模块107，使得它在正常和备用模式中保持有效操作。
根据许多不同方法中的任一种(比如用户输入或控制(比如按下电源按钮)、闲置定时器、当前操作的完成、编程的定时器、一个或多个操作条件的完成等等)，电子设备100可以被置于备用模式中。在正常操作期间，模式控制模块107检测或以其它方式确定备用模式是期望的，并且发出备用启用(STDB_EN)信号，该信号被提供给电源103的输入。电源103接收该STDB_EN信号，并且进入备用模式，在该备用模式中VOUT被除去。然而，当电子设备100转变回到正常操作模式时，电源103继续将VSTDB电压提供给主设备***105的模式控制模块107。根据与转变到备用操作时相似的方式按照许多不同方法中的任一种(比如用户输入或控制(比如按下电源按钮)、定时器事件、编程的定时器、操作模式参数的检测等等)，电子设备100可以转变回到正常操作模式。
电子设备100是下列之中的任一种：消费类、商用或工业设备或产品，比如家用电器(比如电冰箱、微波炉、洗碗机、洗涤器、干燥器、炉式咖啡机等)；计算机和办公自动化***(比如台式机、监控器、笔记本、外部磁盘驱动器、打印机、传真机等)；音频/视频(A/V)产品(比如电视机、立体声***、iPod连接站、媒体播放器等)；通信设备(比如机顶盒、缆线调制解调器、有线/无线接入/通信设备等)；工业控制***；医疗设备与机器等。这一产品列表并不打算穷尽，任何类型的消费类、商用或工业电子设备都是想得到的。电子设备100内所包括的电子***包括合适的电子设备和/或子***、部件、电路等，比如存储器设备、控制器、微处理器、协处理器等。
根据近年来全世界范围的节能计划(比如能源之星、欧盟低功率指示(EC-1275-2008)等)，在2009年12月之后，要求单元的备用功耗小于1瓦，在这之后的短时间内进一步要求其减小到小于0.5瓦。常规电源具有若干缺陷且低效。除了主转换器之外，常规电源包括分离的备用转换器。包括分离的备用转换器会增大电源复杂性和成本。常规电源在备用模式中通常也消耗不止1瓦，由此不符合最近的能源标准。电源103被配置成低功耗呃逆备用操作。在备用模式中，电源103的主转换器按照呃逆备用模式来操作以维持VSTDB电压，由此消除了额外的备用转换器。此外，电源103在备用模式中消耗不到0.5瓦，由此，符合最近的能源标准。在一个实施方式中，电子设备100的功耗被减小到小于0.4瓦，这符合上述标准的最大功率阈值(比如0.4W＜0.5W)。
电源103还符合各种安全要求。例如，各种安全要求规定：在除去AC线电压时，电源103的输入处所存储的任何剩余电荷等应该被迅速地放电。例如，当AC插头101被***时，电源103中的任何这种剩余电荷必须在1秒内被放电，以符合各种安全要求。注意到，各种常规配置使用了有放电功能的输入电阻器，其中，这种输入电阻器在正常操作期间消耗了相当多的电能，并且在备用模式中将使功耗增大。这种电阻器被去掉了，以提高效率并使备用功耗达到最小，使得该电源满足最近的能源标准和必需的安全标准。
图2是根据一个实施方式实现的电源103的简化示意性框图。AC线电压是作为AC差分输入而被提供的，这种输入包括线(L)和中性(N)信号，这些信号被提供给输入模块201的各个输入。AC线电压是约120伏AC的低线或约220-240伏AC的高线。输入模块201包括用于调节AC线电压的各种部件和器件，比如输入保险丝(未示出)、电磁干扰(EMI)滤波器和差分输入电容器CA、CB、CC(图7)，正如下文进一步描述的那样。输入模块201具有耦合到节点226、228的一对输出，用于分别提供相应的VIN+和VIN-(VIN+/-)输入电压极性信号，这些信号被提供给全波整流器203的一对输入。全波整流器203的负输出被耦合到初级接地(PGND)节点，并且全波整流器203的正输出被耦合到节点204，该节点204形成经整流的DC电压VBUS。滤波电容器C1被耦合在节点204和PGND之间，以便对VBUS进行滤波。输入模块201、全波整流器203和电容器C1一起形成AC/DC转换器，以便将AC线电压转换成VBUS。VBUS被提供给变压器T1的第一初级绕组P1的一端，该初级绕组P1的另一端被耦合到节点206，该节点206被进一步耦合到电子开关Q1的第一电流端子。开关Q1的另一个电流端子被耦合到电流检测节点208处的电流检测电阻器RS的一端，其中，RS使其另一端耦合到PGND。Q1具有一控制端子，该端子接收从控制器205的“栅极”输出提供的驱动信号DR。电流检测节点208形成一个电压，该电压用于指示流过第一初级绕组P1的电流，其中，节点208被耦合到控制器205的电流检测(ISEN)输入/输出(I/O)端子。
尽管将Q1显示成N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)MOSFET，但是应该理解，也可以使用其它类型的电子开关来实现上述开关Q1，比如其它类型的MOS器件或FET器件、具有不同极性的相似的器件(比如P沟道器件等)、不同类型的晶体管器件(比如双极结晶体管(BJT))等等。由此，Q1通常被称为一种具有电流端子(比如漏极-源极)和控制端子(比如栅极)的开关。开关Q1被显示成单个MOSFET器件，但是也可以被实现成多个开关器件，例如，被实现成并行耦合着以减小开关电阻、提高效率并减小功耗，或者被实现成串行耦合着(比如级联器件)以增大击穿电压，或者被实现成Darlington配置等，本领域技术人员都理解这些。控制器205可以按任何合适的方式来实现，或者可以由任何合适的器件来实现，比如ISL6721单端电流模式PWM控制器，这可从加利福尼亚州Milpitas市的Intersil公司买到。尽管未示出，栅极驱动***等可以被设置在控制器205的“栅极”输出和开关Q1的控制端子之间，以便产生栅极驱动信号DR。
变压器T1具有第二初级绕组P2，P2使其第一端子耦合到PGND并使其第二端子耦合到二极管D1的阳极。注意到，为了简化，T1的绕组被显示成大小一样，应该理解，不同的绕组通常具有不同的匝数，使得它们的相对大小基于可用的设计标准而变化。二极管D1的阴极被耦合到电阻器R1的一端，电阻器R1使其另一端耦合到节点222从而形成供给电压VCC。节点222被耦合到电容器C2的一端，电容器C2使其另一端耦合到PGND。VCC被提供给控制器205的电压供给端子，控制器205使其参考端子(GND)耦合到PGND。变压器T1具有第一次级绕组S1，S1使其第一端子耦合到节点224，节点224耦合到二极管D2的阳极，S1使其第二端子耦合到节点212。D2的阴极被耦合到节点210，从而形成初步的输出电压PVOUT，电容器D3被耦合在节点210和212之间以便对PVOUT进行滤波。在简化图中，节点212被显示成耦合到次级接地(SGND)。然而，在一些实施方式中，小的输出电流检测电阻器RIS(图6)被耦合在节点212和SGND之间。节点210被耦合到输出开关***207的输入端子。输出开关***207使其输出端子耦合到输出节点214，从而相对于SGND形成输出电压VOUT。输出电容器C4被耦合在VOUT和SGND之间对输出电压VOUT进行滤波。VOUT被提供给输出电压检测模块209的输入，该模块209具有一输出，用于将输出电压反馈信号VFB提供给调节和隔离模块211的输入。调节和隔离模块211具有另一个输入，用于接收电压参考信号VREF，并且还具有一个输出，用于将误差电压VERR提供给控制器205的误差输入ERR。
变压器T1具有第二次级绕组S2，S2使其第一端子耦合到二极管D3的阳极并使其第二端子耦合到节点218。D3的阴极被耦合到节点216，该节点216形成输入备用电压VSTDB_IN。电容器C5被耦合在节点216和218之间，以便对VSTDB_IN进行滤波并存储能量从而在呃逆操作模式的闲置状态期间使VSTDB_IN保持为高，下文会进一步描述。节点216和218被耦合到低回动(LDO)电压调节器213的各个输入，该调节器213使其第一输出耦合到节点220，从而相对于耦合到SGND的参考输出形成VSTDB电压。VSTDB_IN被提供给呃逆控制和隔离模块215的输入。STDB_EN信号被提供给输出开关***207的另一个输入，还被提供给呃逆控制和隔离模块215的输入。呃逆控制和隔离模块215使其输出耦合到电阻器R2的一端，电阻器R2的另一端形成一模式信号MD，该模式信号MD被提供给下拉电阻器R3的一端以及控制器205的“模式”输入。R3的另一端被耦合到PGND。输入模块201被进一步耦合到偏压和放电***217，该***217使其另一个输入接收VBUS，使其第一输出耦合到节点222从而提供VCC，并使其第二输出耦合到节点230从而将电压检测信号VS提供给控制器205的VS检测输入。
电源103的变压器T1具有初级和次级绕组，由此，在输入处的AC线电压和输出处的主设备***105之间提供了隔离，以符合可适用的安全标准，本领域技术人员都理解这些。调节和隔离模块211以及呃逆控制和隔离模块215都是用隔离器件(比如光学耦合器等)来实现的，以便维持期望的隔离。“模式”输入决定了控制器205的操作模式，正如呃逆控制和隔离模块215所控制的那样，模块215进一步被STDB_EN信号控制。在一个实施方式中，“模式”输入被拉高以将控制器205置于睡眠模式中，并且被拉到低电压电平以唤醒控制器205回到正常操作。在一个实施方式中，STDB_EN信号被拉高以便正常操作，并且被拉低以将电源103置于备用模式中。如本文所述，特定的控制器205具有闲置的睡眠模式以及活动的唤醒模式。预计有使用控制器或控制电路或控制模块等的备选实施方式，它们可以具有睡眠模式或不具有睡眠模式，但是不管怎样都在活动状态和闲置状态之间切换。由此，控制器205也被说成是活动的(比如唤醒模式等)或闲置的(比如睡眠模式等)。
在电源103的正常操作期间，当AC插头101被***以接收AC线电压时，输入模块201在VIN+/-上形成相应的AC电压，这些电压被提供给全波整流器203的输入。全波整流器203和电容器C1将AC输入电压转换成经整流的DC电压VBUS。如下文所述，AC线电压和VBUS都被提供给偏压和放电***217，该***217最初形成电压VCC，VCC用于控制器205的供给电压。电阻器R3将控制器205的“模式”输入拉低了，使得控制器205醒过来正常操作。控制器205检测VCC和VS电压的电压电平，并且当这些电压已达到相应的最小电压电平时就启动正常操作。控制器205开始操作并控制开关Q1，以启动VBUS到PVOUT和VSTDB_IN的转换。在所示的实施方式中，控制器205、开关Q1、变压器T1、输出器件(比如D2、D3、C3和C5)以及任何其它支持器件或电路等(未示出)被一起配置成逆向转换器219。尽管示出了特定的逆向转换器，但是本发明并不限于特定类型的转换器并且同等地适应于其它类型的转换器(比如反向、升压、反向-升压、推挽等等)和不同类型的逆向转换器(比如双开关逆向转换器等)。控制器205打开上述开关Q1，从而使初级的电流流过变压器T1的初级绕组P1，由此，将能量存储在变压器T1中。当控制器205关闭上述开关Q1时，变压器T1中所存储的能量被转移到初级绕组P2以及次级绕组S1、S2，从而使二极管D1、D2、D3正向偏置并且对电容器C2、C3、C5进行充电。
电容器C3使PVOUT充电至其操作电平，电容器C5使VSTDB_IN充电至其高电压电平(被称为“HI”)。当逆向转换器操作被启动时，流过第二初级绕组P2的电流提供了流过二极管D1和电阻器R1到达电容器C2的电流，使VCC供给电压充电至其正常操作电压电平。如下文所述，VCC的正常操作电压电平高于由模块217的启动调节器所形成的电压电平，使得模块217的启动调节器被关闭，从而使正常和备用模式中的功率损失达到最小。这样，偏压和放电***217形成了VCC的初始低电压电平，该电压电平足以对控制器205进行供电，并且第二初级绕组P2的器件使VCC增大以使偏压和放电***217内的启动调节器关闭从而使供电效率达到最大。
电压调节器213将VSTDB_IN电压转换成VSTDB电压，使得VSTDB是最初的备用电压VSTDB_IN的稳定且经调节的版本。当STDB_EN信号最终变高从而指示正常操作时，电源开关207被打开，使得PVOUT作为输出电压VOUT被提供给主设备***105。通过VOUT检测模块209来检测VOUT，该模块209将VFB提供给调节和隔离模块211。调节和隔离模块211将VFB与参考电压VREF进行比较，以形成误差电压VERR，该误差电压VERR被提供给控制器205的ERR输入。控制器205基于VERR并根据PWM操作来控制Q1的开关操作，以使VOUT保持在目标电压电平处。这样，在正常操作期间，VOUT的电压电平被调节至期望的电平。
图3是电压STDB_EN、VSTDB_IN和VSTDB对时间的图，示出了电源103从正常操作模式转变为备用模式并再转换回到正常操作模式的情况。在最初的时刻T0，STDB_EN为高，从而指示正常操作。在时刻T0，VSTDB_IN电压处于其高电压电平HI，并且VSTDB处于其正常操作电压“正常”。当模式控制模块107检测到电子设备100将要被置于备用模式中时，它判断STDB_EN为低(比如时刻T1处所示那样)，以使输出开关***207停用并且启动呃逆备用操作。呃逆控制和隔离模块215检测到STDB_EN为低并且将MD拉高，由此将控制器205的“模式”输入拉高。控制器205转变到睡眠模式，并且停止控制上述开关Q1，使得转换器219的操作被暂时地中止。由此，当控制器205是唤醒的时候，转换器219在正常操作期间具有活动的状态，并且当控制器处于其睡眠模式中时，转换器219具有闲置的状态。
当转换器219是闲置的并且电容器C5开始放电时，第二次级绕组S2停止提供电压。尽管如此，在相对较长的时间段内，电容器C5使电压VSTDB_IN保持在其低电压电平(被称为“LO”)之上。基于电压调节器213的电流拉动以及从HI到LO的放电时间段的期望的持续时间，来选择电容器C5的大小。在一个实施方式中，对于约300毫秒的放电周期，选择放电速率。在放电周期内，电压VSTDB_IN通过电压调节器213而衰减，正如301处所示那样。尽管如此，电压调节器213调节电压VSTDB，使得它仍然稳定在其“正常”电平处。当最初的备用电压VSTDB_IN在放电时间之后的后续时刻T2处最终下降到其低电压电平LO时，控制器205的“模式”输入被拉低，并且将控制器205从其睡眠模式中拉出来回到其唤醒模式中。当被唤醒时，控制器205开始控制上述开关Q1并且转换器219变为活动的。次级绕组S2迅速地形成电压，并且VSTDB_IN被相对迅速地重新充电并在时刻T3处回到其高电压电平。在一个实施方式中，在相对较短的时间段内(比如约5-10ms)，VSTDB_IN被重新充电回到其高电压电平。
一旦被重新充电，控制器205的“模式”输入被再次拉高，使得控制器205以与上文所述相同的方式再次回到放电时间段的睡眠模式，并且转换器219变为闲置。由此，在上述时间段之后，电压VSTDB_IN再次从时刻T3开始的高电压电平HI放电至时刻T4处的低电压电平LO。操作以这种方式重复或轮转进行，使得VSTDB_IN形成了锯齿形波形，其中，它在短时间段内迅速地充电回到其高电压电平HI，然后，逐渐地下降至其低电压电平LO，在备用操作模式中以这种方式进行重复。应该理解，在电源103的备用模式中，呃逆控制和隔离模块215以呃逆模式来操作转换器219，其中，通过使控制器205在睡眠和唤醒模式之间轮转，使转换器219在活动的状态和闲置的状态之间轮转，正如VSTDB_IN所形成的锯齿形波形所示的那样。尽管VSTDB_IN形成了锯齿波形，但是电压转换器213使VSTDB保持在其经调节的“正常”电平处。
在接下来的时刻T5，STDB_EN信号再次变高，从而指示电子设备100将要转变回到正常操作模式。呃逆控制和隔离模块215有效地隔离了VSTDB_IN，并且不再将MD拉高，使得电阻器R3将MD拉低了。控制器205被唤醒或以其它方式保持唤醒，并且转换器219变为活动的或以其它方式保持活动的，使得逆向转换器操作继续下去。由此，在大约时刻T6，电压VSTDB_IN回到其高电压电平HI，并且在正常操作期间仍然保持HI电平。在电子设备100的正常操作模式以及备用模式中，电压VSTDB保持稳定在其“正常”电平处。
VSTDB_IN电压的LO电平的电压是足够高，使得在正常操作模式中以及在备用模式中，电压调节器213使电压VSTDB保持在恒定的电平处。在一个实施方式中，例如，电压VSTDB_IN的范围是从其约9伏的HI电平到其约4.5伏的LO电平，而VSTDB保持稳定在约3.3伏。在一个更有效的实施方式中(下文会进一步描述)，电压VSTDB_IN的范围是从其约5.7伏的HI电平到其约4.5伏的LO电平，而VSTDB保持稳定在约3.3伏。无论哪种情况，电压VSTDB都保持稳定在其“正常”电平处，以将足够的操作电压提供给模式控制模块107从而检测期望的操作模式。
图4是呃逆控制和隔离模块215的一个实施方式的示意图，被显示成呃逆控制和隔离模块400。呃逆控制和隔离模块400包括光学耦合器401和电阻器R4。VSTDB_IN被提供给电阻器R4的一端，电阻器R4使其另一端耦合到光学耦合器401的第一输入，其中，该第一输入被内部地耦合到一内部发光二极管(LED)403的阳极。LED 403的阴极被内部地耦合到光学耦合器401的第二输入，光学耦合器401接收STDB_EN电压信号。光学耦合器401包括一个内部NPN双极结晶体管(BJT)405，该BJT 405的集电极形成了光学耦合器401的第一输出并且其发射极形成了第二输出。VCC被耦合到光学耦合器401的第一输出，由此，被耦合到晶体管405的集电极。晶体管405的发射极形成了第二输出，该第二输出被耦合到电阻器R2，电阻器R2使其另一端形成了MD信号。
在操作过程中，当STDB_EN为高时，LED 403保持关闭，使得晶体管405保持截止。电阻器R3将MD拉低，使得控制器205的“模式”输入为低，从而指示正常的操作。当STDB_EN被拉低以便于备用操作时，电流从VSTDB_IN流过电阻器R4从而将LED 403接通，这使晶体管405导通。当晶体管405被导通时，它将VCC施加到R2和R3的分压器上，从而将“模式”拉高，进而迫使控制器205进入睡眠模式。如上所述，当控制器205进入睡眠模式时，转换器219变为闲置的，并且VSTDB_IN减小了，由此，使流过LED 403的电流减小了并且使流过晶体管405的电流减小了。当VSTDB_IN达到其较低电压电平LO时，晶体管405被截止，或者电压MD达到“模式”的阈值电平，从而将控制器205从睡眠模式中拉出来回到其唤醒模式。控制器205开始控制上述开关Q1，使得VSTDB_IN被拉高，回到其前述的高电压电平HI。VSTDB_IN的高电压电平重新给光学耦合器401通电，使得MD被再次拉高，以迫使控制器205回到睡眠模式。对于呃逆备用模式，操作以这种方式重复进行，而STDB_EN保持低。当STDB_EN被拉高从而继续正常操作时，光学耦合器401被关闭，MD被拉低，并且控制器205被唤醒以继续其正常操作模式。
电压调节器213具有回动电压DV，使得VSTDB_IN的低电压电平是LO＝DV+VSTDB，以确保VSTDB的调节。光学耦合器401具有电流转移比例(CTR)度量，用于表示输出电流与输入电流之比。在一个实施方式中，光学耦合器401的CTR具有相对较宽的允许限度(比如从150％到300％)，这意味着VSTDB_IN的高电压电平HI可以是低电压电平LO的电平的两倍。由此，VSTDB_IN具有从LO到2倍的LO(或更大)的相对较大的电压范围。尽管光学耦合器可以被设计成具有较低的CTR容限，但是这显著地增大了***的成本。在一个实施方式中，VSTDB被调节在大约3.3伏处，DV是1.2伏，使得VSTDB_IN的LO电压电平约为4.5伏。由此，高电压电平HI大于9伏，使得电压调节器213两端的回动电压相对较高或大于5.7伏。VSTDB_IN的相对较高的值产生了与电压调节器213相关联的相对较高的功率损耗。期望减小VSTDB_IN的电压范围。
图5是呃逆控制和隔离模块215的另一个实施方式的示意图，该模块被显示成呃逆控制和隔离模块500。呃逆控制和隔离模块500包括光学耦合器401、PNP BJT 501和两个电阻器RB和R5。在这种情况下，VSTDB_IN被提供给电阻器R5的一端，电阻器R5使其另一端耦合到晶体管501的发射极。晶体管501的基极被耦合到RB的一端，该RB使其另一端接收电压VSTDB。晶体管501的集电极被耦合到光学耦合器401的第一输入，由此，被耦合到LED 403的阳极。STDB_IN被提供给光学耦合器401的第二输入，由此，被提供给LED403的阴极。由晶体管405形成的光学耦合器401的输出按照与呃逆控制和隔离模块400基本上相同的方式进行耦合。
呃逆控制和隔离模块500的操作相似于呃逆控制和隔离模块400，不同之处在于，在呃逆备用模式中，VSTDB_IN的电压范围被显著地减小了并且不由光学耦合器401的CTR的相对较宽的容限电平来决定。呃逆控制和隔离模块500的激活和去激活触发点是基于晶体管501的操作参数，而非光学耦合器401的CTR。当STDB_EN为高时，没有电流流过LED 403，使得在正常操作模式中转换器219保持活动的。注意到，晶体管501可以因电压调节器213的相对较高的回动电压而保持导通。当STDB_EN被拉低时，因为晶体管501是导通的或者被导通，所以电流流过LED 403，从而使晶体管405导通，进而将控制器205拉入睡眠模式并使转换器进入其闲置状态中。当电压VSTDB_IN朝着电压VSTDB减小时，晶体管501截止，并且控制器205被唤醒，由此，建立了呃逆备用模式的重复循环。在这种情况下，触发点是由晶体管501的基极到发射极PN结电压降以及电阻器RB、R5两端的电压降来决定的。电阻器R5的电阻显著地小于电阻器R4的电阻(比如R4大约10千欧姆，R5大约100欧姆)，使得R5两端的电压降显著地减小了。这样，VSTDB_IN的高电压电平HI显著地减小了，并且在数值上更接近于低电压电平LO。在一个实施方式中，高电压电平HI约为6伏，使得VSTDB_IN的范围约为4.5V-6V。由此，在正常操作期间以及在备用模式期间，电压调节器213的功率损耗显著地减小了。
图6是变压器T1的次级部分和电源开关207的简化但更详细的示意图。该次级部分包括主输出开关Q5、充电***601和开关控制***603。充电***601包括电容器C6、C7、二极管D4、D5、齐纳二极管D6以及电阻器R6、R7。开关控制***603包括MOSFET开关Q2、Q3、PNP BJT Q4、电容器C8以及电阻器R8、R9、R10、R11。次级绕组S1被显示成耦合在节点224和212之间，正如上文所述那样。节点224被耦合到C6的一端，C6使其另一端耦合到D4的阴极和D5的阳极。D4的阳极被耦合到节点210，D5的阴极被耦合到R6的一端和C7的一端。C7的另一端被耦合到R7的一端。R6、R7的其它端在节点605处被耦合到一起了，节点605进一步被耦合到Q5的栅极、D6的阴极、Q4的发射极以及R8的一端。Q5的漏极被耦合到节点210，并且其源极被耦合到输出节点214，从而形成了VOUT。D6的阳极和Q4的集电极也被耦合到输出节点214。R8的另一端被耦合到R9的一端以及Q2的漏极。R9的另一端被耦合到Q4的基极。Q2的源极被耦合到SGND，并且其栅极被耦合到C8的一端、R10的一端以及Q3的漏极。R10的另一端被耦合到节点216，从而提供了VSTDB_IN。Q3的源极被耦合到SGND，并且其栅极接收备用启动信号STDB_EN。STDB_EN也被提供给R11的一端，R11使其另一端耦合到节点216。电流检测电阻器RIS被显示成耦合在节点212和SGND之间。开关Q2、Q3被显示成N沟道MOSFET，尽管其它类型的电子开关也是可预期的。
在操作过程中，在加电时，转换器219变为活动的，以切换流过变压器T1的电流。如上所述，转换器219被配置成逆向模式，使得当Q1是导通时，二极管D2反向偏置而截止，使得能量被存储在变压器T1中。当最初使Q1导通时，电流流过电容器C3，从而使二极管D4正向偏置并且对电容器C6进行充电。当Q1截止时，电容器C6上的电压使D5正向偏置，从而将电荷提供给节点605，进而提供给Q5的栅极以及D6的阴极。注意到，电阻器R7比电阻器R6小很多，并且最初电容器C7看起来像是短路。这样，在加电时，通过电阻器R7对Q5的栅极进行迅速充电，以使其相对快速地导通。一旦C7被充电，R7就被有效地除去，并且电流流过更大的电阻器R6。齐纳二极管D6具有阈值电压电平以在正常操作期间使Q5保持导通，比如约15伏。在控制器205的正常操作期间，一旦逆向转换器调节正对主输出电压VOUT进行充电并开始调节VOUT，Q5就在启动时被迅速地导通。Q5被显示成自我驱动的N-MOSFET输出开关，通常是用更昂贵的P-MOSFET输出开关来实现的。在正常操作期间，STDB_EN信号被拉高，从而使开关Q3导通，其中，Q3使开关Q2的栅极拉低，从而使Q2截止。在正常操作期间，通过电阻器R8、R9使晶体管Q4的基极拉高，从而使Q4截止，使得Q5保持导通。
当STDB_EN信号被拉低以启动备用操作模式时，Q3截止，使得Q2的栅极接收电压VSTDB_IN以使Q2导通。当Q2导通时，它使Q4的基极拉低，从而使Q4导通。在备用模式中，Q4在导通时将节点605短接到214，以使齐纳二极管D6截止并使Q5的栅极拉低至其源极从而使其截止。这样，当STDB_EN信号被拉低以进入备用模式时，Q5截止从而使VOUT拉低至零，以避免将任何剩余电压施加到主输出负载。在备用操作模式中，Q5保持截止。如果且当STDB_EN随后被拉高时，所述过程会反过来。由此，当STDB_EN信号变为高时，Q3导通，Q2截止，Q4截止，并且电压形成于节点605上以使Q5变回到导通，使得PVOUT再次将VOUT驱动至其经调节的电压电平。
图7是根据一个实施方式的输入模块201以及偏压和放电***217的简化但更详细的示意图。输入模块201包括一对共模电感器L1、L2、三个输入差分滤波电容器CA、CB、CC以及一个串联电感器L3，它们一起形成AC输入***，用于接收AC线电压并对其进行滤波。线L信号被提供给电容器CA的一端以及电感器L1的第一绕组701的一端。第一绕组701的另一端被耦合到电容器CB的一端以及电感器L2的第一绕组705的一端。电感器L2的第一绕组705的另一端被耦合到节点702，节点702被耦合到L3的一端。L3的另一端被耦合到节点226，节点226形成了VIN+电压。节点226被耦合到电容器CC的一端以及全波整流器203的正输入(图2)。中性信号N被提供给电容器CA的另一端以及电感器L1的第二绕组703的一端。第二绕组703的另一端被耦合到电容器CB的另一端以及电感器L2的第二绕组707的一端。电感器L2的第二绕组707的另一端被耦合到节点228，节点228形成了VIN-电压，该VIN-电压被提供给电容器CC的另一端以及全波整流器203的负输入。应该理解，当AC线电压被施加时，电容器CA-CC可以被充电至相对较高的电压电平。
偏压和放电***217包括二极管D7、D8、D10、D12、齐纳二极管D9、D11、电容器C9、C10、C11、C12、电阻器R12、R13、R14、R15、R16以及开关Q6。在一个实施方式中，开关Q6是N型MOSFET，尽管其它类型的电子开关是可预期的。每个电阻器和电容器可以是用多个串联和/或并联的器件来实现的，正如本领域技术人员所理解的那样。如图所示，D7的阳极被耦合到节点702，并且D8的阳极被耦合到节点228，以便接收VIN-。D7、D8的阴极在节点704处被耦合到一起，从而形成DC电压VBIAS，该DC电压VBIAS进一步被耦合到C9、R12、R13、R14中的每一个的一端。C9的另一端被耦合到PGND，R12的另一端被耦合到输入电压检测节点708，R13的另一端被耦合到节点706，R14的另一端被耦合到节点222，从而提供了VCC。D9使其阳极耦合到PGND，并使其阴极耦合到节点706。Q6使其漏极耦合到节点204以便接收VBUS，使其栅极耦合到节点706，使其源极耦合到D10的阳极。D10、D11的阴极在节点222处被耦合到一起。D11的阳极被耦合到PGND，C10被耦合在节点222和PGND之间。电阻器R15和电容器C11被并行地耦合在节点708和PGND之间。D12使其阳极耦合到节点230，并使其阴极耦合到节点708。R16被耦合在节点708和230之间。C12被耦合在节点230和PGND之间。
在用AC线电压充电VIN+/-进行加电时，包括二极管D7、D8的整流器***与全波整流器203协同工作，以对VIN+/-进行整流并且形成DC电压VBIAS，C9进一步对该DC电压VBIAS进行滤波。通过R14，开始从VBIAS对电容器C10进行充电。Q6的栅极被充电至D9的阈值电压电平，并且VBUS上升，使得Q6导通。VCC最初被充电至一电压，该电压等于D9的阈值电压减去Q6的栅极-源极电压(VGS)减去D10的电压降。由此，Q6的电路和器件形成了启动调节器***，以便最初将VCC供给电压提供给控制器205。在一个实施方式中，D9的阈值电压约为13伏，VCC的初始电压约为10伏。D11的阈值电压高于VCC的初始值，使得它截止。在一个实施方式中，D11的阈值电压约为18伏，其中，D11用作保护二极管。VCC的初始电压足以对控制器205进行加电，控制器205使Q1导通并开始控制Q1的切换以便激活转换器219。如上所述，初级绕组P2开始提供电流以使C2充电至VCC的操作电压电平。VCC的操作电压大于其初始值，该初始值是由偏压和放电***217所形成的。在一个实施方式中，VCC的操作电压电平约为12伏。当VCC上升到其操作电压电平时，Q6截止，因为Q6的VGS减小至其阈值电平之下。在电子设备100的正常和备用操作模式中，R12、R13、R14的电阻是足够高的，以吸收相对少的电流，并且Q6截止，使得偏压和放电***217在正常操作期间和备用模式中消耗非常少的电能。
与R12相比，R15具有相对很小的电阻，并且R12、R15一起形成了分压器以便在节点708上形成一电压，该电压正比于DC电压VBIAS的电压电平。C11对检测电压进行滤波，并且通过R16和节点230由控制器205来检测该检测电压。D12和R16一起用作定时***以在启动时延迟对C12进行充电，这延迟了控制器205的打开激活。如上所述，控制器205检测VCC和VS电压的电压电平，并且当这些电压已达到相应的最小电压电平时就启动正常的操作。
各种安全要求规定了：当除去AC线电压时，输入差分滤波电容器CA、CB、CC应该被迅速地放电。例如，当AC插头101与AC电压断开连接时，电容器CA、CB、CC在一秒之内被放电以满足各种安全要求。在常规配置中，泄漏电阻器是与差分滤波电容器并行地设置的，以执行放电功能。然而，这种输入泄漏电阻器在正常操作期间消耗了大量的电能，并且在备用模式中将增大功耗。常规的电源通常包括偏压电路以便于提供VCC和/或VS电压等，其中，这种常规配置源自总线电压(比如VBUS)。然而，电容器C1是相当大容量的电容器，这种电容器放电相对缓慢，使得常规的偏压电路不能够在期望的时限之内使输入差分滤波电容器放电。
然而，偏压和放电***217执行一个或多个偏压功能，并且进一步通过整流器D7、D8提供多个放电路径，以在期望的时限之内使这些输入差分电容器放电并且使电容器C9、C10放电。第一路径是穿过电阻器R12和R15到达PGND。第二路径是穿过电阻器R13和齐纳二极管D9到达PGND。第三路径是穿过电阻器R14和齐纳二极管D11到接地。第四路径是穿过电阻器R14和控制器205的VCC输入，后者可以被模拟成另一个电阻器。由此，第四路径是另一个到PGND的电阻性路径。这些路径提供了足够的放电能力，以在除去AC线电压之后在指定的时间量之内(比如在1秒之内)使电容器CA、CB、CC放电。当AC线电压被除去时，C11通过R15迅速地放电，C12通过R16、R15并通过D12、R15迅速地放电。电容器C11、C12都是在1秒之内被放电。由此，不需要使用常规的泄漏电阻器来提高效率并使备用功耗达到最小。在一个实施方式中，R12、R13约为2兆欧姆(MΩ)，R14约为1MΩ，R15具有相对很小的电阻(比如约为35kΩ)。
描述了一种偏压和放电***，用于使输入滤波器的至少一个差分电容器放电，该输入滤波器被耦合到电源的AC差分输入。该电源包括耦合到输入滤波器以便形成DC总线电压的全波整流器，还包括具有控制器以便将DC总线电压转换成经调节的输出电压的电压转换器。该偏压和放电***包括整流器和偏压***。该整流器与全波整流器协同操作，以在DC偏压节点上形成DC偏压。该偏压***接收DC偏压，并且提供至少一个启动电压以供所述控制器使用。一个启动电压是供给电压VCC，该VCC被用于给所述控制器加电。另一个启动电压是输入检测电压VS，该VS被提供给所述控制器的检测输入。该偏压***包括至少一个电流放电路径，用于在AC线电压被除去后的预定时间段之内使每个差分电容器放电。在一个实施方式中，该预定的时间段是在1秒之内。
根据一个实施方式的电源包括AC线输入和AC中性输入、滤波器、全波整流器、转换器、第二整流器以及偏压***。滤波器包括耦合在AC线和中性输入之间的至少一个差分电容器。全波整流器在DC总线节点上形成了DC总线电压。转换器包括控制器，并且用于将DC总线电压转换成经调节的输出电压。第二整流器被耦合到AC线和中性输入以便在DC偏压节点上形成DC偏压。偏压***被耦合在DC偏压节点和参考节点之间，并且向控制器提供至少一个启动电压。偏压电路包括至少一个电流放电路径，用于在AC线电压被除去后的预定时间段之内使每个差分电容器放电。
根据一个实施方式的电子设备包括：主设备***，用于接收经调节的源电压；以及电源，该电源包括本文所描述的偏压***，用于在AC线电压被除去后的预定时间段之内使每个差分电容器放电。主设备***可以被配置成操作消费类设备、商用设备或工业设备中的任一种。
尽管已参照本发明的某些较佳版本非常详细地描述了本发明，但是其它版本和变化都是可能的和可预计的。本领域技术人员应该理解，他们能够很容易地使用所揭示的概念和特定实施方式作为设计或修改其它结构的基础，从而实现本发明的相同的目的，且不背离权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种偏压和放电***，用于使耦合到电源的AC差分输入的输入滤波器的至少一个差分电容器放电，其中，该电源包括耦合到输入滤波器以便形成DC总线电压的全波整流器，该电源还包括具有控制器的电压转换器，用于将DC总线电压转换成经调节的输出电压，所述偏压和放电***包括：
耦合到AC差分输入的整流器，用于与全波整流器协同操作以在DC偏压节点上形成DC偏压；
偏压***，用于接收DC偏压并且提供至少一个启动电压以供所述控制器使用；以及
其中，所述偏压***包括耦合在DC偏压节点与参考节点之间的至少一个电流放电路径，用于在AC线电压被除去后的预定时间段之内使至少一个差分电容器放电。
2.如权利要求1所述的偏压和放电***，其特征在于，
AC差分输入包括线输入和中性输入，并且其中，所述整流器包括：第一二极管，其阳极耦合到线输入且其阴极耦合到DC偏压节点；以及第二二极管，其阳极耦合到中性输入且其阴极耦合到DC偏压节点。
3.如权利要求1所述的偏压和放电***，其特征在于，
所述偏压***包括：
第一电阻器，所述第一电阻器被耦合在DC偏压节点和栅极节点与齐纳二极管之间，所述齐纳二极管的阴极耦合到所述栅极节点并且其阳极耦合到所述参考节点；
第二电阻器，所述第二电阻器耦合在DC偏压节点和供给节点之间，其中，所述供给节点为电压转换器的控制器提供启动供给电压；
晶体管，所述晶体管具有耦合到DC总线电压的第一电流端子，具有耦合到所述栅极节点的控制端子，还具有第二电流端子；以及
二极管，其阳极耦合到所述N沟道器件的第二电流端子并且其阴极耦合到所述供给节点。
4.如权利要求3所述的偏压和放电***，其特征在于，
所述偏压***还包括：耦合在DC偏压节点与参考节点之间的电阻性放电路径，用于提供输入检测电压以供所述控制器用来检测输入电压电平。
5.如权利要求1所述的偏压和放电***，其特征在于，
所述偏压***包括电阻性放电路径，所述电阻性放电路径被耦合在DC偏压节点与参考节点之间，用于提供输入检测电压以供所述控制器用来检测输入电压电平。
6.如权利要求1所述的偏压和放电***，其特征在于，
所述偏压***包括：
耦合在DC偏压节点和中间节点之间的第一电阻器；
耦合在中间节点和参考节点之间的第二电阻器；以及
耦合在中间节点和参考节点之间的延迟电路，所述延迟电路具有输出节点，用于提供输入检测电压以供所述控制器使用。
7.如权利要求1所述的偏压和放电***，其特征在于，
所述预定时间段是在1秒之内。
8.一种电源，包括：
AC线输入和AC中性输入；
滤波器，所述滤波器包括耦合在AC线输入和AC中性输入之间的至少一个差分电容器；
耦合到AC线输入和AC中性输入的全波整流器，用于在DC总线节点上形成DC总线电压；
转换器，用于将DC总线电压转换成经调节的输出电压，所述转换器包括控制器；
耦合到AC线输入和AC中性输入的第二整流器，用于在DC偏压节点上形成DC偏压；以及
耦合在DC偏压节点和参考节点之间的偏压***，用于向控制器提供至少一个启动电压，其中，偏压电路包括至少一个电流放电路径，用于在AC线电压被除去后的预定时间段之内使至少一个差分电容器放电。
9.如权利要求8所述的电源，其特征在于，
所述控制器具有供给电压输入；
其中，所述偏压***包括启动调节器，所述启动调节器形成供给电压，所述供给电压被提供给所述控制器的源电压输入以启动所述控制器的操作；以及
其中，所述转换器包括供给电压电路，所述供给电压电路被耦合到所述控制器的源电压输入，当所述转换器活动时所述供给电压电路使所述供给电压增大，从而使所述启动调节器关闭。
10.如权利要求8所述的电源，其特征在于，
所述偏压***包括：
第一电阻器，所述第一电阻器被耦合在DC偏压节点和栅极节点与齐纳二极管之间，所述齐纳二极管具有耦合到所述栅极节点的阴极以及耦合到所述参考节点的阳极；
第二电阻器，所述第二电阻器被耦合在DC偏压节点和供给节点之间，其中，所述供给节点为所述控制器提供启动供给电压；
晶体管，所述晶体管具有耦合到DC总线节点的第一电流端子，具有耦合到栅极节点的控制端子，还具有第二电流端子；
二极管，其阳极耦合到所述N沟道器件的第二电流端子并且其阴极耦合到所述供给节点；
第三电阻器，其第一末端耦合到DC偏压节点并且其第二末端耦合到输入电压检测节点；
第四电阻器，所述第四电阻器被耦合在输入电压检测节点和参考节点之间；以及
其中，所述输入电压检测节点被耦合到所述控制器的检测输入。
11.如权利要求8所述的电源，其特征在于，
所述偏压***包括：
第一电阻器，其第一末端耦合到DC偏压节点并且其第二末端耦合到中间节点；
耦合在中间节点和参考节点之间的第二电阻器；以及
耦合在中间节点和参考节点之间的检测***，所述检测***具有输出节点，用于将输入检测电压提供给所述控制器的检测输入，所述检测***包括：
耦合在中间节点和参考节点之间的第一电容器；
耦合在输出节点和参考节点之间的第二电容器；
二极管，其阳极耦合到输出节点并且其阴极耦合到中间节点；以及
第三电阻器，其第一末端耦合到输出节点并且其第二末端耦合到中间节点。
12.如权利要求8所述的电源，其特征在于，
所述滤波器包括：
耦合在AC线输入和AC中性输入之间的第一差分电容器；
第一共模电感器，所述第一共模电感器具有耦合在AC线输入和第一节点之间的第一绕组，还具有耦合在AC中性输入和第二节点之间的第二绕组；
耦合在第一节点和第二节点之间的第二差分电容器；
第二共模电感器，所述第二共模电感器具有耦合在第一节点和第三节点之间的第一绕组，还具有耦合在第二节点和第四节点之间的第二绕组；
第三电感器，其第一末端耦合到第三节点并且其第二末端耦合到第五节点；以及
耦合在第四节点和第五节点之间的第三差分电容器；以及
其中，所述第二整流器包括：
第一二极管，其阳极耦合到第三节点并且其阴极耦合到DC偏压节点；以及
第二二极管，其阳极耦合到第四节点并且其阴极耦合到DC偏压节点。
13.一种电子设备，包括：
主设备***，用于接收经调节的源电压；以及
电源，所述电源包括：
AC线输入和AC中性输入；
滤波器，所述滤波器包括耦合在AC线输入和AC中性输入之间的至少一个差分电容器；
耦合到AC线输入和AC中性输入的全波整流器，用于在DC总线节点上形成DC总线电压；
转换器，用于将DC总线电压转换成经调节的输出电压，所述转换器包括控制器；
耦合到AC线输入和AC中性输入的第二整流器，用于在DC偏压节点上形成DC偏压；以及
耦合在DC偏压节点和参考节点之间的偏压***，用于向控制器提供至少一个启动电压，其中，偏压电路包括至少一个电流放电路径，用于在AC线电压被除去后的预定时间段之内使至少一个差分电容器放电。
14.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于，
所述预定时间段是在1秒之内。
15.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于，
所述主设备***被配置成操作消费类设备、商用设备或工业设备中的任一种。
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